CN115259952B - 一种生物碳基土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

一种生物碳基土壤改良剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种生物碳基土壤改良剂及其制备方法，属于土壤修复技术领域。本发明改良剂包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分30‑60份、尿素5‑10份、磷酸二氢钾5‑10份、改性生物炭40‑80份、复合微生物菌剂4‑12份。本发明先对生物炭进行改性，再进行微生物的负载，一方面增强了生物炭的土壤改良功效，改善土壤理化性质，降低土壤重金属元素水平，同时提升土壤生物活性，另一方面也有效的保护了微生物菌剂，使得微生物菌剂可以持续有效调节土壤环境、促进作物生长。

Description

一种生物碳基土壤改良剂及其制备方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种生物碳基土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
生物炭是生物质原料在完全绝氧或部分缺氧条件下经热裂解产生的一类富碳、高度芳香化且稳定性较高的固体产物。由于生物炭具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积、一定的持水性和丰富的官能团等特征，其广泛应用于土壤修复、污水处理、制备能源和功能材料等方面。生物质原料来源广泛，包括农作物秸秆、森林残留物、木屑、活性污泥、动物粪便和有机固体废物等。我国是农业种植大国，随着第一产业林业、牧业和渔业的发展，产生了大量以畜禽粪便、污泥和农作物秸秆为代表的有机生物质，这些生物质可以通过热解制备得到生物炭。由此得到的生物炭，作为土壤改良剂和污染物吸附剂，又对土壤的改良和土壤、水体污染修复至关重要。
20世纪80年代以来，生物炭被作为土壤改良剂和固碳剂等研究相继展开，生物炭作为土壤改良剂，可以实现持肥缓释效用，改善土壤理化性质，提高作物养分吸收有效利用率，从而提升土壤肥力和农作物产量。有研究结果表明，生物炭因其自身强大的吸附作用，可以有效吸收土壤中重金属、农药、除草剂等，显著降低在农作物中的聚积，同时有效降低农业面源污染，为我国粮食安全、食品安全和生态安全作出贡献。生物炭已经成为农业领域研究的热点之一，并且扩展到生态系统高度。
然而，目前使用生物炭进行土壤改良，均存在着功能单一、改良效果不稳定、速度慢等诸多的问题，因此，实际上，使用生物炭进行土壤改良，并未得到实际有效的推广。
发明内容
本发明针对现有技术中对生物炭利用所存在的问题，提供一种改良的生物碳基土壤改良剂及其制备方法，其可以持续有效的改善土壤理化性质，提升土壤生物活性，同时可以有效的降低土壤重金属元素含量水平，实现对土壤环境的全方位调节。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分30-60份、尿素5-10份、磷酸二氢钾5-10份、改性生物炭40-80份、复合微生物菌剂4-12份。
进一步的，所述有机肥组分为植物秸秆、菌菇渣、豆粕、米糠、动物粪便中的一种或者几种。
进一步的，所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1-2h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于60-70℃下干燥，在550-600℃下使用充氮管式炉煅烧4-6小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，
通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
进一步的，步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为20Pa-50Pa，时间为60-90min。
本发明使用的低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
进一步的，所述复合微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为CGMCC1.15634的副黄假单胞菌按照质量比1:1混合而得。
本发明玫瑰色考克氏菌(Kocuria rosea)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15046，原始保藏时间为2015年1月30日。
本发明副黄假单胞菌(Pseudomonas parafulva)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15634，原始保藏时间为2015年2月25日。
本发明选用玫瑰色考克氏菌和副黄假单胞菌组成微生物菌剂，玫瑰色考克氏菌为抗性微生物菌种，可以正常土壤使用，也可以适应盐碱地等特殊环境，其可以有效分泌植物生长素等活性物质促进植物生长，使植物根系发达，新生侧根明显增多；同时其具有重金属元素沉降功能，可以有效的降低土壤中重金属元素的含量。于此同时，本发明添加副黄假单胞菌，其对重金属具有较好的耐受性，并有植物促生功能、固氮、溶磷和分泌铁载体能力。玫瑰色考克氏菌和副黄假单胞菌两者共同使用，可以有效的降低土壤重金属含量。
进一步的，所述复合微生物菌剂的制备方法为：将购买的玫瑰色考克氏菌菌株和副黄假单胞菌菌株分别进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，将菌粉等质量混合得到复合微生物菌剂。
一种生物炭土壤改良剂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备改性生物炭：
(2)制备复合微生物菌剂；
(3)按重量份称取各原料，依次将改性生物炭、复合微生物菌剂、有机肥组分、尿素、磷酸二氢钾加入造粒机中，喷入水或者粘结剂，进行混合造粒，得到所述土壤改良剂。
进一步的，所述粘结剂为凹凸棒土黏合剂或有机树脂类粘合剂。
本发明所用各原料均市售可得。
本发明以生物炭作为主要改良功能物质，辅以有机肥、尿素和磷酸二氢钾为土壤提供适量的营养物质。而常规的生物炭对于土壤的改良效果并不十分理想，效果慢且持久性差。因此本发明先对生物炭进行改性，再进行微生物的负载，一方面增强了生物炭的土壤改良功效，改善土壤理化性质，降低土壤重金属元素水平，同时提升土壤生物活性，另一方面也有效的保护了微生物菌剂，使得微生物菌剂可以持续有效调节土壤环境、促进作物生长。
有益效果
(1)本发明热解前使用MgCl2改性花生壳，MgCl2可增强花生壳挥发性物质的释放，并有助于在高温热解过程中形成开孔，形成多孔的管状生物质炭，更有利于微生物的负载和保护；
(2)后续使用硫脲和等离子改性，硫脲在高温下分解产生氨气和硫化氢，可与炭框架边缘与缺陷碳或氧原子反应，在生物炭中嵌入氮硫官能位的同时，也形成了更多的孔隙；后续使用硫化氢等离子体进行表面处理，含硫官能团和羧基官能团更容易接枝于生物炭表面及孔隙内，而C-S键和羧基是除汞过程中形成HgS和HgO的主要官能团，因此可以实现土壤中汞元素的高效去除；而基于改性生物炭自身的物性，其对其他重金属元素的吸附去除能力也会显著提升；
(3)本发明土壤改良剂适合各类土壤使用，一方面可以有效调节土壤理化性质，降低土壤重金属元素含量水平；另一方面可以有效促进作物生长。其可以作为污染土壤的修复，同时也可以日常配合肥料使用，改良快，作用持久，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为实施例4所得改性生物炭不同的角度的微观形貌SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分30份、尿素5份、磷酸二氢钾5份、改性生物炭40份、复合微生物菌剂4份。
所述有机肥组分为植物秸秆。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于60-70℃下干燥，在550℃下使用充氮管式炉煅烧4小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为20Pa，时间为60min。
本实施例使用的低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
所述复合微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为CGMCC1.15634的副黄假单胞菌按照质量比1:1混合而得。
玫瑰色考克氏菌(Kocuria rosea)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15046，原始保藏时间为2015年1月30日。
副黄假单胞菌(Pseudomonas parafulva)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15634，原始保藏时间为2015年2月25日。
所述复合微生物菌剂的制备方法为：将购买的玫瑰色考克氏菌菌株和副黄假单胞菌菌株分别进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，将菌粉等质量混合得到复合微生物菌剂。
一种生物炭土壤改良剂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备改性生物炭：
(2)制备复合微生物菌剂；
(3)按重量份称取各原料，依次将改性生物炭、复合微生物菌剂、有机肥组分、尿素、磷酸二氢钾加入造粒机中，喷入水或者粘结剂，进行混合造粒，得到所述土壤改良剂。所述粘结剂为凹凸棒土黏合剂。
实施例2
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分40份、尿素7份、磷酸二氢钾7份、改性生物炭55份、复合微生物菌剂6份。
所述有机肥组分为菌菇渣。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于60℃下干燥，在600℃下使用充氮管式炉煅烧5小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为30Pa，时间为70min。
使用的低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
所述复合微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为CGMCC1.15634的副黄假单胞菌按照质量比1:1混合而得。
玫瑰色考克氏菌(Kocuria rosea)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15046，原始保藏时间为2015年1月30日。
副黄假单胞菌(Pseudomonas parafulva)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15634，原始保藏时间为2015年2月25日。
所述复合微生物菌剂的制备方法为：将购买的玫瑰色考克氏菌菌株和副黄假单胞菌菌株分别进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，将菌粉等质量混合得到复合微生物菌剂。
一种生物炭土壤改良剂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备改性生物炭：
(2)制备复合微生物菌剂；
(3)按重量份称取各原料，依次将改性生物炭、复合微生物菌剂、有机肥组分、尿素、磷酸二氢钾加入造粒机中，喷入水或者粘结剂，进行混合造粒，得到所述土壤改良剂。所述粘结剂为有机树脂类粘合剂。
实施例3
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分50份、尿素8份、磷酸二氢钾8份、改性生物炭65份、复合微生物菌剂8份。
所述有机肥组分为豆粕。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌2h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于70℃下干燥，在600℃下使用充氮管式炉煅烧6小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为50Pa，时间为90min。
使用的低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
所述复合微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为CGMCC1.15634的副黄假单胞菌按照质量比1:1混合而得。
玫瑰色考克氏菌(Kocuria rosea)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15046，原始保藏时间为2015年1月30日。
副黄假单胞菌(Pseudomonas parafulva)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15634，原始保藏时间为2015年2月25日。
所述复合微生物菌剂的制备方法为：将购买的玫瑰色考克氏菌菌株和副黄假单胞菌菌株分别进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，将菌粉等质量混合得到复合微生物菌剂。
一种生物炭土壤改良剂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备改性生物炭：
(2)制备复合微生物菌剂；
(3)按重量份称取各原料，依次将改性生物炭、复合微生物菌剂、有机肥组分、尿素、磷酸二氢钾加入造粒机中，喷入水或者粘结剂，进行混合造粒，得到所述土壤改良剂。所述粘结剂为凹凸棒土黏合剂。
实施例4
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分60份、尿素10份、磷酸二氢钾10份、改性生物炭80份、复合微生物菌剂12份。
所述有机肥组分为米糠。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1-2h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于70℃下干燥，在600℃下使用充氮管式炉煅烧6小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为50Pa，时间为90min。
低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
所述复合微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为CGMCC1.15634的副黄假单胞菌按照质量比1:1混合而得。
玫瑰色考克氏菌(Kocuria rosea)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15046，原始保藏时间为2015年1月30日。
副黄假单胞菌(Pseudomonas parafulva)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15634，原始保藏时间为2015年2月25日。
所述复合微生物菌剂的制备方法为：将购买的玫瑰色考克氏菌菌株和副黄假单胞菌菌株分别进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，将菌粉等质量混合得到复合微生物菌剂。
一种生物炭土壤改良剂的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备改性生物炭：
(2)制备复合微生物菌剂；
(3)按重量份称取各原料，依次将改性生物炭、复合微生物菌剂、有机肥组分、尿素、磷酸二氢钾加入造粒机中，喷入水或者粘结剂，进行混合造粒，得到所述土壤改良剂。所述粘结剂为有机树脂类粘合剂。
对比例1
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分60份、尿素10份、磷酸二氢钾10份、改性生物炭80份、复合微生物菌剂12份。
所述有机肥组分为米糠。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于70℃下干燥，在600℃下使用充氮管式炉煅烧6小时后，得到预处理生物炭；
(3)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为50Pa，时间为90min。
低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
本对比例除生物炭不进行MgCl2改性外，其余原料和制备工艺均同实施例4。
对比例2
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分60份、尿素10份、磷酸二氢钾10份、改性生物炭80份、复合微生物菌剂12份。
所述有机肥组分为米糠。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1-2h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣在600℃下使用充氮管式炉煅烧6小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为50Pa，时间为90min。
低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
本对比例除生物炭不进行硫脲改性外，其余原料和制备工艺均同实施例4。
对比例3
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分60份、尿素10份、磷酸二氢钾10份、改性生物炭80份、复合微生物菌剂12份。
所述有机肥组分为米糠。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1-2h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于70℃下干燥，在600℃下使用充氮管式炉煅烧6小时后，得到生物炭；
本对比例中除生物炭不进行硫化氢等离子体的处理外，其余原料和制备工艺均同实施例4。
对比例4
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分60份、尿素10份、磷酸二氢钾10份、改性生物炭80份、微生物菌剂12份。
所述有机肥组分为米糠。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1-2h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于70℃下干燥，在600℃下使用充氮管式炉煅烧6小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为50Pa，时间为90min。
低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
所述微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15046的玫瑰色考克氏菌。
玫瑰色考克氏菌(Kocuria rosea)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15046，原始保藏时间为2015年1月30日。
所述微生物菌剂的制备方法为：将购买的玫瑰色考克氏菌菌株进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，得到微生物菌剂。
本对比例除微生物菌剂仅使用玫瑰色考克氏菌外，其余原料和制备方法均同实施例4。
对比例5
一种生物碳基土壤改良剂，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分60份、尿素10份、磷酸二氢钾10份、改性生物炭80份、微生物菌剂12份。
所述有机肥组分为米糠。
所述改性生物炭的制备方法为：
(1)将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
(2)将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1-2h,抽滤后，得到滤渣；
(3)将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50％的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5％的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于70℃下干燥，在600℃下使用充氮管式炉煅烧6小时后，得到预处理生物炭；
(4)将预处理生物炭置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物炭进行表面修饰，制备获得到改性生物炭。
步骤(4)低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为50Pa，时间为90min。
低温等离子体为型号DT-03的低温等离子体表面处理仪，生产商为：苏州市奥普斯等离子体科技有限公司。
所述微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15634的副黄假单胞菌。
副黄假单胞菌(Pseudomonas parafulva)为购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为CGMCC1.15634，原始保藏时间为2015年2月25日。
所述微生物菌剂的制备方法为：将购买的副黄假单胞菌菌株进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，得到微生物菌剂。
本对比例除微生物菌剂仅使用副黄假单胞菌外，其余原料和制备方法均同实施例4。
性能测试
试验点位于山东省临沂市临沭县金属冶炼企业周边污染农田，土壤基本理化性质见实验数据表1。镉、铅含量均高于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618—2018)中规定的农用地土壤污染风险筛选值(镉0.6mg·kg-1、汞2.4mg·kg-1、铅170mg·kg-1)，但低于风险管控值(镉3.0mg·kg-1、铅700mg·kg-1、汞4.0mg·kg-1)，属于安全利用类耕地。
供试作物：
小麦
试验设置：
试验组为常规施肥+本发明实施例1-4所得改良剂或对比例1-5所得改良剂，施用量为40kg/亩，对照组为仅仅进行常规施肥；
测试方法：
采集0～20cm表层土壤充分混匀，部分土壤样品装于无菌袋中，用冰块冷冻保存后带回实验室保存在-80℃冰箱内，用于土壤微生物多样性和群落结构的测定；其余土壤样品风干后研磨过筛，用于土壤理化性质的测定。小麦成熟期采集籽粒样品，带回实验室后洗净、烘干并粉碎。
土壤pH用2.5∶1水土比浸提后使用pH计测定
碱解氮使用碱解扩散法测定；速效磷采用0.5mol·L-1NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定；速效钾采用1mol·L-1中性NH4OAC浸提-火焰光度计法测定；土壤有效态镉、铅含量用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定；小麦籽粒镉、铅含量用HNO3-HClO4消解后使用石墨炉原子吸收分光光度计法测定。
土壤微生物指标：
微生物多样性分析采用Shannon和Simpson等指数法。计算公式：
物种丰富度指数：H＝-∑Pi(lnPi)；
Pi＝(Ci-R)/∑(ci-R)；
均匀度指数：E＝H/ln S；
优势度指数：Ds＝1-∑Pi；
式中：
Ci为第i孔的吸光值，R为对照孔的吸光值；将(Ci-R)＜0的孔，计为0，即(Ci-R)≥0。
土壤酶活性测定：根际土壤脲酶活性采用靛酚比色法测定。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定。
表1土壤基本理化性质试验结果
从表1试验数据可以看出，本发明实施例土壤改良剂可以实现土壤有效养分和生物活性的提升，同时降低重金属元素镉、汞和铅的元素含量水平。而改变了生物炭改性工艺的对比例1-3和改变了微生物菌剂组成的对比例4-5，其改良效果均呈现了不同程度的下降。这是由于，本发明改性生物质炭呈现管状多孔的纳米结构，可以实现对微生物及其活性物质的有效保护，实现对土壤生态环境持续有效的调节。
表2小麦种植试验效果
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种生物碳基土壤改良剂，其特征在于，包括以下重量份的原料制备而成：有机肥组分30-60份、尿素5-10份、磷酸二氢钾5-10份、改性生物碳40-80份、复合微生物菌剂4-12份；
所述改性生物碳的制备方法为：
（1）将花生壳自然风干，粉碎后过20目筛，得到花生壳渣；
（2）将花生壳渣与0.5mol/L的MgCl2以1g:10mL的固液比进行混合，并磁力搅拌1-2h,抽滤后，得到滤渣；
（3）将滤渣按照固液比1g：20ml分散于质量浓度为50%的乙醇溶液中，再加入滤渣质量5%的硫脲，置于100℃下加热12小时；过滤，所得沉淀物用去离子水洗涤，并于60-70℃下干燥，在550-600℃下使用充氮管式炉煅烧4-6小时后，得到预处理生物碳；
（4）将预处理生物碳置于低温等离子体的反应腔内，抽真空，通入硫化氢的反应气体，通过低温等离子体放电对生物碳进行表面修饰，制备获得到改性生物碳；
所述复合微生物菌剂为保藏编号为CGMCC1.15046的玫瑰色考克氏菌和保藏编号为CGMCC1.15634的 副黄假单胞菌按照质量比1:1混合而得。
2.根据权利要求1所述生物碳基土壤改良剂，其特征在于，所述有机肥组分为植物秸秆、菌菇渣、豆粕、米糠、动物粪便中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述生物碳基土壤改良剂，其特征在于，步骤（4）低温等离子体放电处理时的功率为30W，压力为20Pa-50Pa，时间为60-90min。
4.根据权利要求1所述生物碳基土壤改良剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂的制备方法为：将购买的玫瑰色考克氏菌菌株和副黄假单胞菌菌株分别进行扩大培养，发酵成微生物菌液，分别培养至菌浓为OD600≈1.0后，分离去除固体杂质，经过喷雾干燥，将菌粉等质量混合得到复合微生物菌剂。
5.一种权利要求1-4任意一项所述生物碳基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）制备改性生物碳：
（2）制备复合微生物菌剂；
（3）按重量份称取各原料，依次将改性生物碳、复合微生物菌剂、有机肥组分、尿素、磷酸二氢钾加入造粒机中，喷入水或者粘结剂，进行混合造粒，得到所述土壤改良剂。
6.根据权利要求5所述生物碳土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为凹凸棒土黏合剂或有机树脂类粘合剂。
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